雷芬那辛的合成工藝研究

陳年根, 林景美, 鐘 霞

慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease,COPD)是一種非單一病因的進(jìn)展性、 不可逆轉(zhuǎn)的持續(xù)性氣道阻塞性肺部疾病, 也是慢性支氣管炎和肺氣腫的總稱。 雷芬那辛(Revefenacin), 化學(xué)名為1-(2- {4-[(4-氨基甲酰基哌啶-1-基)甲基]-N-甲基苯甲酰胺基} 乙基哌啶-4-基N-({1,1′-聯(lián)苯}-2-基)氨基甲酸酯, 是由Theravance Biopharma 公司和Mylan 公司聯(lián)合研發(fā)的新型長(zhǎng)效毒蕈堿拮抗劑(即抗膽堿能藥)。2018 年11 月9 日, FDA 批 準(zhǔn)Theravance Biopharma 公 司 的Revefenacin 吸入溶液上市, 用于COPD 患者的維持治療; 批準(zhǔn)劑量為175 mcg/3 mL, 通過(guò)連接到空氣壓縮機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)噴射霧化器進(jìn)行藥物輸送。 雷芬那辛是目前美國(guó)批準(zhǔn)用于COPD 治療的首個(gè)每日一次(qd)給藥的霧化吸人型支氣管擴(kuò)張劑[1]。

經(jīng)合成路線檢索, 雷芬那辛的合成路線主要如下[2-9]: 原研化合物專利CN1930125A 報(bào)道了由異氰酸2-聯(lián)苯酯、N-芐基-4-羥基哌啶作為起始物料, 反應(yīng)生成氨基酯化合物, 后和N-芐基-N-甲基氨基乙醛先形成希夫氏堿、 再還原胺化, 脫芐基,和4-甲酰基苯甲酸縮合反應(yīng), 和哌啶-4-甲酰胺先形成希夫氏堿、 再還原胺化制得雷芬那辛。 該路線無(wú)特殊反應(yīng)條件, 僅在脫芐基保護(hù)時(shí)使用了鈀碳脫保護(hù)。 但起始物料異氰酸2-聯(lián)苯酯價(jià)格高, 穩(wěn)定性差, 不易獲得且具有較高毒性, 且需采用兩次三乙酰氧基硼氫化鈉還原。 CN102958916A 公開(kāi)了合成雷芬那辛的優(yōu)化路線, 與原研化合物專利路線不同處是N-芐基-N-甲基氨基乙醛為Cbz 保護(hù), 另外該路線在中間體和4-甲?；郊姿峥s合反應(yīng)中采用DMTMM 為耦合劑進(jìn)行酰胺反應(yīng), 其他步驟基本一致。

在原研化合物專利路線的基礎(chǔ)上, 對(duì)其起始物料、 中間體進(jìn)行質(zhì)量控制, 探索雷芬那辛的合成路線, 并考察其合成工藝參數(shù)。 優(yōu)化的工藝以市售的聯(lián)苯-2-基氨基甲酸哌啶-4-基酯(SM-1)為起始物料, 以較便宜的N-甲基-N-芐基-2-氯乙胺(SM-2)代替較貴的N-芐基-N-甲基氨基乙醛進(jìn)行親核取代反應(yīng)得聯(lián)苯-2-基氨基甲酸1-[2-(芐基甲氨基)乙基]哌啶-4-基酯(REV-1), REV-1 再經(jīng)脫芐基得聯(lián)苯-2-基氨基甲酸1-[2-甲氨基乙基]哌啶-4-基酯(REV-2)、 中間體(REV-2)和4-甲?；郊姿?SM-3)縮合得聯(lián)苯-2-基氨基甲酸1-{2-[(4-甲酰基苯甲?；?甲氨基]-乙基哌啶}-4-基酯(REV-3), 所得中間體(REV-3)和哌啶-4-甲酰胺(SM-4)先形成希夫氏堿、 再還原胺化制得雷芬那辛(REV)。 合成路線如圖1 所示。

圖1 雷芬那辛的合成路線Fig.1 The synthetic route of Revefenacin

1 實(shí)驗(yàn)部分

Agilent 1200 高效液相色譜儀, 安捷倫科技(中國(guó))有限公司; AB Sciex 4000QTRAP 型質(zhì)譜儀, 美國(guó)AB Sciex 公司;Bruker-AV-400 型核磁共振儀, 布魯克(中國(guó))有限公司; 所用物料聯(lián)苯-2-基氨基甲酸哌啶-4-基酯、N-芐基-N-甲基-2-氯乙胺、 4-甲?；郊姿?、 哌啶-4-甲酰胺等為工業(yè)品或市售分析純。 無(wú)水試劑與溶劑使用前均按要求進(jìn)行預(yù)處理。

1.1 聯(lián)苯-2-基氨基甲酸1-[2-(芐基甲氨基)乙基]哌啶-4-基酯(REV-1)的合成

2 L 反應(yīng)瓶中加入聯(lián)苯-2-基氨基甲酸哌啶-4-基酯(SM-1, 148.2 g, 0.5 mol)、N-芐基-N-甲基-2-氯乙胺(SM-2,114.8 g, 0.625 mol)、 碳酸鉀(138 g, 1 mol)、 碘化鉀(3.1 g)、乙腈(780 mL), 攪拌混勻, 升溫至50 ～60 ℃反應(yīng)4 h, HPLC檢測(cè)起始物料SM-1≤1.0%。 冷卻至室溫, 過(guò)濾, 減壓濃縮,加入乙酸乙酯(400 mL)和純化水(500 mL), 滴加1 N 鹽酸, 調(diào)節(jié)pH 至1 ～2, 分液, 水相滴加飽和碳酸鈉溶液, 調(diào)節(jié)pH 至9 ～10, 乙酸乙酯(400*3 mL)萃取, 無(wú)水硫酸鈉干燥, 過(guò)濾,減壓濃縮, 殘留物異丙醇重結(jié)晶得類白色固體187.8 g, 收率

84.7%。 m/z: 297.36[M+H]+。

1.2 聯(lián)苯-2-基氨基甲酸1-[2-甲氨基乙基]哌啶-4-基酯(REV-2)的合成

2 L 反應(yīng)瓶中加入聯(lián)苯-2-基氨基甲酸1-[2-(芐基甲氨基)乙基]哌啶-4-基酯(REV-1, 150 g, 0.338 mol)、 四氫呋喃(900 mL), 攪拌溶解后加入10%鈀碳(7.5 g), 氫氣置換空氣3 次后升溫至40 ～50 ℃常壓氫化反應(yīng)3 h, HPLC 檢測(cè)中間體REV-1≤1.0%。 過(guò)濾, 四氫呋喃(100 mL)洗滌, 減壓濃縮至干, 乙酸乙酯-正己烷重結(jié)晶得白色固體粉末104.3 g, 收率87.3%。 mp 113.2 ～114.6 ℃; m/z: 354.32 [M+H]+。

1.3 聯(lián)苯-2-基氨基甲酸1-{2-[(4-甲酰基苯甲?；?甲氨基]-乙基哌啶}-4-基酯(REV-3)的合成

2 L 反應(yīng)瓶中加入聯(lián)苯-2-基氨基甲酸1-[2-甲氨基乙基]哌啶-4-基酯(REV-2, 85 g, 0.24 mol)、 4-甲酰基苯甲酸(SM-2, 37.8 g, 0.252 mol)、 N, N-二甲基甲酰胺(510 mL)、EDCI(55.3 g, 0.29 mol)、 HOBt(39 g, 0.29 mol), 攪拌混勻,升溫至40 ～50 ℃反應(yīng)6 h, HPLC 檢測(cè)中間體REV-2≤1.0%。加入純化水(300 mL), 乙酸乙酯(900 mL)萃取, 有機(jī)層依次用飽和碳酸氫鈉溶液(200 mL)、 1 N 鹽酸(70 mL)、 純化水(200 mL)洗滌。 有機(jī)層減壓濃縮至干, 丙酮重結(jié)晶得淡黃色固體粉末95.3 g, 收率81.6%。 m/z: 486.47[M+H]+。

1.4 雷芬那辛(REV)的合成

3 L 反應(yīng)瓶中加入聯(lián)苯-2-基氨基甲酸1-{2-[(4-甲酰基苯甲酰基)甲氨基]-乙基哌啶}-4-基酯(REV-3, 90 g, 0.185 mol)、哌啶-4-甲酰胺(SM-4, 34.5 g, 0.27 mol)、 N, N-二甲基甲酰胺(180 mL)、 甲醇(90 mL), 分子篩(50 g), 攪拌1 h, 控溫40 ～50 ℃反應(yīng)2 h。 降溫至0 ～5 ℃, 分次加入三乙酰氧基硼氫化鈉(57 g, 0.27 mol), 加畢升溫至20 ～30 ℃, 保溫?cái)嚢璺磻?yīng)4 h, HPLC 檢測(cè)中間體REV-3 ≤1.0%。 過(guò)濾, 加入純化水(360 mL)、 二氯甲烷(500 mL), 攪拌下滴加1 N 鹽酸, 調(diào)節(jié)pH=1 ～2, 分液, 水相滴加2 N 氫氧化鈉, 調(diào)節(jié)pH 至9 ～10,水相用二氯甲烷(500 mL×2)萃取, 有機(jī)層用純化水(100 mL×2)、 飽和食鹽水(100 mL)洗滌, 無(wú)水硫酸鈉干燥, 減壓濃縮,殘留物加入甲基叔丁基醚(400 mL), 0 ～10 ℃攪拌2 h, 過(guò)濾,濾餅用甲基叔丁基醚(50 mL)洗滌, 過(guò)濾, 乙腈重結(jié)晶得白色固體粉末83.9 g, 收率75.7%。 mp 125.3 ～126.1 ℃(文獻(xiàn):125 ℃)。 m/z: 598.80[M+H]+;1H-NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.637 (s, 1H), 7.428 ～7.278(m, 13H), 7.204, 6.717(d, 2H), 4.455, 4.386 ( m, 2H), 3.527 ～ 1.327 ( m,26H);13C - NMR (400 MHz, CDCl3) δ: 179.12, 172.53,168.93, 153.77, 138.92, 138.34, 138, 26, 136.51, 134.56,131.31, 127.25, 128.13, 128.02, 127.17, 126.98, 126.15,125.49, 68.67, 62.78, 56.12, 55.23, 53.36, 51.53, 48.19,45.70, 42.75, 37. 63, 33.84, 31.97, 31.15, 29.34。

2 結(jié)果與討論

(1)由于本反應(yīng)路線很多雜質(zhì)的結(jié)構(gòu)和API 較相近, 極性差別不大, 去除較困難, 因而對(duì)其物料和中間體的質(zhì)量控制很有必要。 在參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上, 對(duì)雷芬那辛合成工藝進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化, 嚴(yán)格控制反應(yīng)條件, 進(jìn)行必要的純化, 所得的成品純度大于99.5%[HPLC 外標(biāo)法, 色譜柱: C18柱4.6 mm×250 mm, 5 μm; 檢測(cè)波長(zhǎng): 238 nm; 流速: 1.0 mL/min; 柱溫30 ℃; 流動(dòng)相A: 0.05 mol/L 磷酸二氫鈉溶液(用三乙胺調(diào)pH值至6.5); 流動(dòng)相B: 乙腈; 梯度洗脫(0 ～20 min, A:100%; 20 ～50 min, A: 100 ～60%; 70 ～75 min, A: 60% ～100%); 溶劑: 流動(dòng)相A; 進(jìn)樣量: 10 μL], 并通過(guò)質(zhì)譜、 核磁共振碳?xì)渥V等方法進(jìn)行了結(jié)構(gòu)確證, 所得工藝參數(shù)對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)有一定借鑒意義。

(2)在中間體聯(lián)苯-2-基氨基甲酸1-[2-(芐基甲氨基)乙基]哌啶-4-基酯(REV-1)的合成中, 盡可能促使聯(lián)苯-2-基氨基甲酸哌啶-4-基酯(SM-1)反應(yīng)完全, 或者在此步驟或下一步將其去除, 否則殘留的(SM-1)會(huì)進(jìn)一步參與后續(xù)反應(yīng), 使成品中可能存在衍生化雜質(zhì)B(見(jiàn)圖2), 因而在中間體(REV-1)中控制不大于1.0%, 后續(xù)反應(yīng)后在API 中存在的雜質(zhì)B 不大于0.1%。 另外試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn), 中間體(REV-1)可進(jìn)一步季銨化生成雜質(zhì)2-1, 通過(guò)控制反應(yīng)條件, 所產(chǎn)生的雜質(zhì)2-1 經(jīng)異丙醇重結(jié)晶多批次檢測(cè)不出。

圖2 中間體REV-1 中的季銨化雜質(zhì)Fig.2 Quaternary ammonium impurity in REV-1

由表1 可知, 隨著溫度的升高, 雜質(zhì)2-1 逐漸增大, 因而恰當(dāng)?shù)臏囟葹?0 ～60 ℃。 另外, 以丙酮為溶劑, 反應(yīng)速度較慢, 且雜質(zhì)2-1 容易生成;N-芐基-N-甲基-2-氯乙胺(SM-2)摩爾比越大, 則雜質(zhì)2-1 也越易生成。

表1 反應(yīng)溫度對(duì)步驟一的影響Table 1 The effect of the reaction temperature on step 1

(3)在中間體聯(lián)苯-2-基氨基甲酸1-[2-甲氨基乙基]哌啶-4-基酯(REV-2)的合成中, 不同的溶劑和較高的壓力對(duì)雜質(zhì)聯(lián)苯-2-基氨基甲酸哌啶-4-基酯(SM-1, 4-1)和脫苯環(huán)雜質(zhì)(4-2)的生成影響較大, 前者會(huì)進(jìn)一步參與后續(xù)反應(yīng)生成雜質(zhì)B(見(jiàn)圖3), 后者雖不參與后續(xù)反應(yīng), 但由于結(jié)構(gòu)和API 類似,殘留過(guò)多難以去除, 故需控制好反應(yīng)的溫度和壓力。

圖3 中間體REV-2 中的可能雜質(zhì)及其傳導(dǎo)至API 中的雜質(zhì)Fig.3 Possiable impurities in REV-2 and their impurities transmitted to the API

表2 反應(yīng)溶劑對(duì)步驟二的影響Table 2 The effect of the reaction solvent on step 2

試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn), 以乙腈為溶劑, REV-1 殘留較大, 反應(yīng)速度較慢, REV-1 殘留較多; 用極性較大的溶劑甲醇或乙醇,則雜質(zhì)4-1 含量和4-2 含量增大, 且4-2 含量超過(guò)1.0%, 而采用極性非質(zhì)子溶劑四氫呋喃則中間體REV-1 殘留較少, 雜質(zhì)4-1 含量和4-2 含量較低。

表3 反應(yīng)壓力對(duì)步驟二的影響Table 3 The effect of the reaction pressure on step 2

試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn), 隨著反應(yīng)壓力的增大, REV-1 的殘留量逐漸減少, 雜質(zhì)4-1 含量和4-2 的含量逐漸增大, 因而需要控制反應(yīng)的壓力。

(4)在聯(lián)苯-2-基氨基甲酸1-{2-[(4-甲?；郊柞；?甲氨基]-乙基哌啶}-4-基酯(REV-3)的合成中, 需控制物料對(duì)甲?；郊姿?SM-3)中可能引入的雜質(zhì)1, 4-苯二甲酸的量,否則其易產(chǎn)生過(guò)多的二聚體雜質(zhì)5-1(見(jiàn)圖4)。

圖4 中間體REV-3 中的二聚體雜質(zhì)Fig.4 Dimer impurity in intermediate REV-3

由于中間體REV-2 含有烷基堿性基團(tuán), 可通過(guò)稀酸洗滌去除大部分, 但酸的量需要平衡雜質(zhì)去除和產(chǎn)物中間體REV-3的損失(也含有哌啶堿性基團(tuán), 但堿性弱于中間體REV-2)。物料4-甲?；郊姿岚嵝曰鶊F(tuán), 可通過(guò)后處理堿性溶液洗滌去除大部分。

表4 處理方法對(duì)中間體REV-3 中雜質(zhì)的效果Table 4 The Effect of treatment method on impurities in intermediate-5

單獨(dú)采用酸洗滌時(shí), 可降低80%左右的中間體REV-2 殘留量, 雜質(zhì)5-1 的含量可降低一半, 經(jīng)丙酮重結(jié)晶中間體REV-2殘留量和雜質(zhì)5-1 的含量低于0.1%, SM-3 未檢出。

(5)在雷芬那辛(1)的合成中, 還原胺化生成席夫堿的反應(yīng)是可逆反應(yīng), 通過(guò)不斷去除反應(yīng)體系的水分, 促進(jìn)向希夫堿的轉(zhuǎn)化, 希夫堿轉(zhuǎn)化不完全導(dǎo)致游離的聯(lián)苯-2-基氨基甲酸1-{2-[(4-甲?；郊柞；?甲氨基]-乙基哌啶}-4-基酯(REV-3)被三乙酰氧基硼氫化鈉還原, 產(chǎn)生芐醇結(jié)構(gòu)雜質(zhì)(雜質(zhì)C, 見(jiàn)圖5), 為還原胺化工序主要的工藝雜質(zhì), 且由于結(jié)構(gòu)和API 類似, 去除較困難, 因而需要控制其的生成。

圖5 REV 中還原雜質(zhì)Fig.5 Recuding impurity in REV

表5 投料比對(duì)步驟四的影響Table 5 The effect of the Effect of feeding ratio on step 4

由于SM-4 水溶性較大, 可通過(guò)純化水洗滌去除大部分,因而增大其投料比有利于減少雜質(zhì)C 的生成, 從而減少純化的難度。 考慮到成本和精制的效果, 確定雜質(zhì)C 在粗品的控制限度不大于0.2%, 后續(xù)精制可以小于0.1%(精制可減少一半多)。

3 結(jié) 論

雷芬那辛中間體(REV-1)合成較好的條件為: 聯(lián)苯-2-基氨基甲酸哌啶-4-基酯(SM-1)和N-芐基-N-甲基-2-氯乙胺(SM-2)摩爾投料比為1 ∶1.25, 碳酸鉀為縛酸劑, 碘化鉀為催化劑, 乙腈為溶劑, 50 ～60 ℃反應(yīng)4 h, 酸堿處理, 乙酸乙酯萃取, 異丙醇重結(jié)晶可獲得符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的中間體(REV-1);雷芬那辛中間體(REV-2)合成較好的條件為: 以四氫呋喃為溶劑, 10%鈀碳是REV-1 重量的百分之五, 40 ～50 ℃常壓氫化反應(yīng)3 h, 乙酸乙酯-正己烷重結(jié)晶得可得符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的REV-2; 雷芬那辛中間體(REV-3)合成較好的條件為: REV-2 和4-甲?；郊姿崮柾读媳葹? ∶1.05, N, N-二甲基甲酰胺為溶劑, EDCI 和HOBt 為縮合劑, 40 ～50 ℃反應(yīng)6 h, 后處理及丙酮重結(jié)晶得可獲得符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的中間體(REV-3); 雷芬那辛合成較好的條件為: REV-3 和哌啶-4-甲酰胺(SM-4)摩爾投料比為1 ∶1.5, N, N-二甲基甲酰胺和甲醇為溶劑, 分子篩為脫水劑, 40 ～50 ℃脫水反應(yīng)2 h。 三乙酰氧基硼氫化鈉為還原劑, REV-3 和三乙酰氧基硼氫化鈉摩爾投料比為1 ∶1.5,20 ～30 ℃還原反應(yīng)4 h, 酸堿后處理、 乙腈重結(jié)晶得符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的雷芬那辛。